管材直線度檢測機系統(tǒng)設計畢業(yè)設計論文

1、IIAbstract緒論1.1本課題研究的U的和意義1.2本課題研究的背景總體方案設計2. 1相關參數(shù)2.2檢測方案設計檢測及設計3.1測量裝置機械結構設訃133.2計算選型檢測機系統(tǒng)設計4. 1控制系統(tǒng)方案設計134.2管材直線度檢測機控制系統(tǒng)原理圖設計134.3系統(tǒng)工作流程圖144.4控制系統(tǒng)的硬件選型154.5控制箱設計185 PLC控制系統(tǒng)設計205. 1 PLC的I/O資源配置205.2 PLC電器控制原理圖202527336軟件系統(tǒng)設計6. 1程序流程圖設計6. 2 PLC程序編寫7結論34獻參考文35文獻綜述36近年來，世界各個國家對直線度測量技術的發(fā)展高對重視，隨著科技水平不斷

2、提 高，現(xiàn)有的測量技術還不滿足于生產(chǎn)生活的要求。針對管材直線度檢測的需要，本文 論述了管材直線度檢測機機械結構的設訃和控制系統(tǒng)的方案設計。本文對已有的各種檢測方法進行了分析和比較，確定了基于數(shù)字圖像處理的視覺 傳感器檢測法，通過視覺傳感器發(fā)出的激光面與管材形成的截面進行攝像，通過圖像 模擬得到圓心數(shù)據(jù)，多次采集后將數(shù)據(jù)傳輸給計算機，通過計算機對多個得到的圓心 數(shù)據(jù)處理即可得到管材的直線度誤差。本檢測系統(tǒng)能夠達到的技術指標為，測量管材長度為伽，直徑為1010到4010, 直線度誤差小于0. 02mmo 關鍵詞：管材 直線度 機械結構 控制系統(tǒng)AbstractIn recent years, co

3、untries around the world for straightness measurement techniques for the devel opn lent of high imp ortance. as technology has imp roved continuously, existing measurement techniques do not meet the production demands of life.For pipe straightness testing needs, this article discusses the pipe strai

4、ghtness testing machine mechanical structure design and control system design.In this paper. various existing detection methods are analyzed and compared, determined based on digital image precessing vision sensor detection method.by visual sensor laser surface and cross section of pipe forming from

5、 the cainera,sinwlated data through the image centendata collected will be repeatedly transmitted to the coinputer,obtained through the coinputer for multiple data processing center can get the pipe straightness errors.This test system can meet the technical indicators, measuring pipe length 4in, a

6、diameter of lOmni to 40inin, straightness error of less than 0.02mm.Key words: pipe straightness mechanical structure control syste.II1緒論1.1本課題研究的目的本課題研究的U的在于設計一個管材直線度檢測機，完成檢測機結構及系統(tǒng)設計。 本課題的U的在于，設計一種直線度測量儀，在滿足精確性和經(jīng)濟性要求的前提下， 實現(xiàn)鋼管軸線直線度的測量，為鋼管軸線直線度的測量提供一種高效準確的測量儀， 從而提高實際測量的工作效率和準確性。1.2本課題研究的背*1.2.1本課題研究

7、的意義鋼管是應用最廣泛的鋼材品種，它的質量直接影響到經(jīng)濟效益及人員的生命安 全。大口徑鋼管廣泛應用于冶金、石油及化工等行業(yè)，它的質量關系到工業(yè)設備的安 全。由于鑄造、加工、自重以及使用中的碰撞、溫度變化等原因造成鋼管的塑性變形 而形成不可恢復的彎曲對于鋼管的使用是有影響的。為了隨時了解鋼管的狀態(tài)，必 須定期檢測其直線度從而決定其是否可繼續(xù)使用或送修。直線度誤差測量是兒何計 量領域中的一個基本測量項U,它是平面度、平行度、垂直度、同軸度等測量項U的 基礎，因而歷來受到世界各國計量學領域學者的重視。直線度誤差也是機械制造業(yè)中 的一個非常重要的內(nèi)容，它對產(chǎn)品零部件的性能具有決定性的影響。直線度誤差與

8、尺 寸精度、圓度、粗糙度被稱為影響產(chǎn)品質量的四大因素。但是從U前兒何量領域的悄 況來看。直線度誤差測量的技術水平已落后于其他三個項U。如尺寸精度和粗糙度已 達到納米級水平，且不斷出現(xiàn)新技術，新成果。圓度測量在近兒年業(yè)得到飛速發(fā)展, 尤其是隨著高精度的誤差分離轉臺和各種誤差分離技術的成功應用，測量精度已達到 的水平，直線度誤差測量水平目前較低。相比之下，直線度誤差的測量落后至少一個 數(shù)量級，這與兒何計量領域的發(fā)展與產(chǎn)品質量的要求是不相適應的，因此有必要探測 各種新方法。1.2.2直線度檢測方法縱觀世界對直線度誤差的測量方法，可總結歸納為如下兩大類。無直線S準測量 和有直線測量基準。無直線基準測量

9、法：是指被測對象直線度的測量不是與某種直線基準進行比較, 而是沿被測表面以線值測量的方法，得到被測表面上各采樣點的偏差值，然后經(jīng)數(shù)據(jù) 處理得到被測對象的直線度誤差值。無直線基準測量主要采用誤差分離法。所謂誤差 分離法是指從測量結果中將標準量的誤差和被測量的誤差分離開來，從而提高測量精 度和測量效率。按照信息獲得的途徑不同,無直線基準測量法乂可分為反向法、錯位 法和多測頭法。反向法是將被測零件進行兩次安裝,并分別進行兩次測量，兩次安裝的 位置正好反向，經(jīng)數(shù)據(jù)處理求出被測零件的直線度誤差。根據(jù)釆用的直尺的數(shù)量，乂可 分為單尺法，雙尺法和三尺法。移位法是通過被測零件的起始測量位置的變動進行兩次測量，

10、即第1次測量后，被 測件向前平移一跨距，再進行第2次測量，經(jīng)數(shù)據(jù)處理可消除測量基準本身的直線的 誤差，求出被測件的直線度誤多測頭法也叫多測點法，如圖1.1所示。在測量架上安裝多個測頭仏萬丿，然后以 測頭間距a）為步長逐次測量，各次測量的首尾端點相接，并記錄下每個測頭的讀數(shù), 然后通過數(shù)據(jù)處理進行誤差分析，可同時得到被測表面的直線度和測量架的直線度偏 差線。圖1I多測頭法測直線度原理圖有直線基準測量:直線基準測量法是直接釆用一定的直線基礎，并以此基準來檢 測被測表面的直線度偏差（線差或角度值），從而獲得被測表面的直線度誤差值。所采 用的直線基準通常有三種:實物基準、重力水平基準和光線基準光隙法是

11、用刀口尺作為理想直線測量直線度誤差的一種方法，如圖1.2所示。直線 度誤差大小可通過測刀口與表面間光隙的大小來判斷，誤差值大小山比對法獲得。在 良好的照明條件下，可以清楚地判斷dilum的微小間隙。節(jié)距法把被測要素按一定長度（節(jié)距）劃分為若干等分，然后使其測量微小角度的 儀器測出各等分段相對于自然水平基準或某一固定光軸的傾角，再根據(jù)等分的長度將 各段的角值偏差換算為線值偏差，最后根據(jù)該組線值偏差數(shù)據(jù)評定被測要素的直線度 誤差。三坐標法。三坐標測量機是近二十年來發(fā)展起來的一種以精密機械為基礎，結合 光柵與激光干涉技術、計算機技術、應用電子技術等先進技術的測量設備。利用三坐 標測量機（或機床）的高

12、精度導軌作為直線基準，在工作臺沿床身導軌移動過程中，利 用固定不動的測微表測量被測件表面各采樣點的偏差值。該法具有高精度、測量靈活、 系統(tǒng)柔性好的優(yōu)點,但測量屬于接觸測量，對于定位點的確定需要一定技巧，測量速度 較慢。隨著測量工件的增大，系統(tǒng)往往需要配有高精度的長導軌,不適合于在線實時測 量，適合于離線抽檢激光準直儀法是以激光光束的能量中心線為直線基準，如圖1. 3所示。它是山光電位置敬感元件進行測量。其測量原理為：山氨2氛激光器發(fā)出的一束激光經(jīng)準直后射向U標測量靶，該靶中心有一塊圓形四象限硅光電池,兩兩相對的硅光電池接成差動式。其中心與靶子的機械軸線巫合。上、下一對硅光電池，可用來測量靶子相

13、對于激光束 在垂直方向上的偏移;左、右一對硅光電池,可用來測量靶子相對于激光束在水平方向上的偏移。圖13激光準直儀法測直線度當光電接收靶中心與激光束能量中心重合時，相對的兩個光電池接收能量相同, 因此輸出光電信號相等，無信號輸出，指示電表指示為零。當靶子中心偏移激光束能量 中心時，相對的兩個光電池有差值信號輸出，通過運算電路可用指示表指示出數(shù)值或 用紀錄儀紀錄下曲線。因此，測量時首先將儀器與靶子調整好，然后將靶子沿被測表面 測量方向移動，便能得到直線度誤差的原始數(shù)據(jù)。1.2.3直線度測*國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀世界各個國家對直線度測量領域一直予以高度重視，并不斷推出新型高精度直線 度測量方法和裝置，以滿

14、足日益增長的對產(chǎn)品質量的要求。U前國內(nèi)外在圓度、平行 度以及表面粗糙度等計量領域其至已達到納米級測量精度水平，然而直線度的測量精 度卻不高，特別是在大長度范B的直線度測量領域，其精度水平更遠遠落后于其他計 量項U。國際上只有美國NIST,德國PTB,原蘇聯(lián)國家標準局，美國勞侖斯國家實驗室, 日本Osaka大學，美國Lockheed火箭和空間公司等達到了 011 u m /m或更高的精度水平。我國U前仍釆用長平晶組分段互檢方法作為直線度檢定基準，測量精度不高（特別 是在測量大尺寸零件時尤為明顯）。這種狀況嚴重制約著我國精密計量測試領域的發(fā) 展步伐。因此，對國內(nèi)直線度測量方法進行研究，具有S要的意

15、義。縱觀國內(nèi)外所報導的直線度測量方法,測量精度低于015 Am /m的為一般精度水平，高于015 pm /m的屬高精度測量,而高于011 um /m者屬國際先進水平。但山于測量方法種類繁多，U前尚未見到統(tǒng)一而合理的分類方法。#2總體方案設計2.1相關參數(shù)管材直徑為lOTOmm,管長4000mm。要求直線度誤差小于0. 2mnu 2.2檢測方案設計已有測量方案的分析:天津大學在這方面的測試技術領先于國內(nèi)?；谝曈X測試 技術度無縫鋼管直線度進行了在線測量，測量了鋼管兩端1米范圉的直線度，兩端定 位，如下圖所示2.1所示。下左林功圖2.1測量示意圖測量時鋼管山圓柱支撐導軌支撐，鋼管到位后，山計算機發(fā)

16、出信號，控制兩端的5個視覺傳感器，快速采集10個光平面與鋼管相截得橢圓弧圖像，計算機對10副圖像進行處理，經(jīng)過一定算法，得到直線度誤差。上述方案分析有以下不足：(1)山于釆用單線結構光測量原理，只能對鋼管截面 的極小段圓弧采集數(shù)據(jù)，對訃算機處理數(shù)據(jù)時得到的圓心數(shù)據(jù)不精確。(2) 111于采用了同時段測量，數(shù)據(jù)量太大造成系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的復雜性?；谏鲜龇桨傅难芯?，做出一些改進。具體為：在管材的兩側各安裝一個視覺傳 感器，兩個視覺傳感器的光源中心在同一條直線上，這樣兩個視覺傳感器就形成一個 傳感器組，經(jīng)過改進后，對管材截面的信息獲得量大大增加，計算機處理數(shù)據(jù)后得到 的圓心數(shù)據(jù)精確度顯著提商。原理圖如

17、2. 2所示。將這個傳感器組安裝在一個可移動的支架上，隨著支架的移動，逐段的測量截面, 得到多個截面的圓心數(shù)據(jù)。檢測機結構及機床總布置圖如圖2. 3所示。6圖2.3機床總體布置圖10 11A廠789A 20管材山三個支架支撐，在最右端有一個擋塊，主要作用是：放置管材時起一個 定位的作用，上下兩個對組式傳感器安裝在移動的滑臺上，當系統(tǒng)開始啟動時，步進 電機旋轉，通過聯(lián)軸器帶動絲桿的旋轉，再經(jīng)過絲桿螺母的配合使滑臺向左移動，當 程序設定的脈沖輸入結束，電機停止，LD激光發(fā)射器發(fā)出激光，CCD攝像機攝像，數(shù) 據(jù)處理后，傳輸給訃算機，通過兩個CCD得到的數(shù)據(jù)得到第一個截面圓心的數(shù)據(jù)。如 此循環(huán)15次后

18、，得到15個截面圓心的空間坐標，計算機得到這15個空間圓心坐標, 再通過一定的算法就可得到管材的直線度誤差。3檢測機設計3.1測量裝C機械結構設計要實現(xiàn)視覺傳感器的水平直線運動，只需要它安裝的滑臺實現(xiàn)即可完成選擇絲 桿和直線導軌機構以及驅動設計。3.1.1驅動設計運動機構的主體是螺旋傳動裝置，即絲杠螺母傳動裝置。傳動機構使得步進電機 的角位移轉化為左右方向的直線位移。步進電機具有慣性小，不需制動裝置，啟動性 能好，能頻繁瞬間啟動、倒轉和停轉等優(yōu)點。步進電機山脈沖信號觸發(fā)控制。它的轉 動角度山脈沖數(shù)量決定，轉速只和脈沖頻率有關，而和電壓、電流等的大小及波動沒 有直接關系，誤差不會積累。所以采用步

19、進電機。3.1.2機身部件設計本設訃工況震動小，兩軸的對中性要求高，根據(jù)電機軸以及絲桿的軸徑初步選擇 剛性聯(lián)軸器YL7。運動過程中軸承主要承受軸向載荷，根據(jù)受力的特點選擇深溝球軸 承，型號為：6008o根據(jù)設計要求，需要承受的載荷不大，定位精度高，因此選用三 角形導軌和平面導軌的組合。考慮到本設訃中導軌行程尺寸過大，選擇專用導軌。電 動機的旋轉運動需要通過線杠的螺旋運動轉換成直線運動。選用滾珠線桿副。線桿旋轉螺母相對移動。3.2計算選型3. 2,1電機的計算選型根據(jù)經(jīng)驗，初選導程為5mm的絲杠。a為步進電機步距角，初選為18 ；傳動 比 i=lo初設滑臺工作速度V=0. 6m/min=10ii

20、mi/s導程p=5mm轉速 n=-=2r/s；式（3. 1）P；式（3.2）f=8Hzf為脈沖頻率p為電機極對數(shù)根據(jù)訃算可得滑臺與支架的質量約200Kg,即in=200Kgo滑臺與導軌之間的摩擦系數(shù)u=0. 05f=umg=10X纟幺杠直徑D=50nim導程p=5mm根據(jù)力的三角形原理：轉動力M=10X =1N50驅動力矩 Mt=lX0. 025=0. 025N滾珠絲杠的慣量:3,14JB32 PbUb；式（3. 3）PB為滾珠絲杠的密度7. 9g/cin厶丹為滾珠纟幺杠總長，5000mmDb為滾珠絲杠外徑，52mm計算可得Jb二0. 25X01所以電機的總轉矩T=0. 275Nnu可知所要選

21、的電機轉矩應該大于0. 0275Nin根據(jù)所算的電機轉矩T和步距角，選取步進電機型號為：樂創(chuàng)公司兩相步進電機DM5676Ao電機參數(shù)如表3. 1所示。型號步距角保持轉矩適配驅動器DM5676A1.81. 35NinDMD402A表3. 1 電機相關參數(shù)3. 2, 2絲桿的計算與效核己知：工作臺的總量Wl=2000N.工作臺與導軌的摩擦系數(shù)：動摩擦系數(shù)ul=0. 05t靜摩擦系數(shù)u0=0. 1, 快速進給速度Vmax=3m/min,設計壽命21600 小時。相關參數(shù)如表3. 2所示。進給方式進給速度時間百分比%絲杠軸向載荷線杠轉速r/min正傳0.670100120反轉330100表3. 2 相

22、關參數(shù)（1）確定滾珠線杠副的導程；式（3. 4）Ph：滾珠絲杠的導程mmVmax：工作臺最高移動速度m/min/7 :電機最高轉速r/min* max因電機與線杠直聯(lián)，1=1有上表可得Vmax=3in/minM =600r/min* max代入得，Ph=5mm2）確定當量轉速與當量載荷Vi纟纟杠轉速： 斤=而；式（3.5）廠絲杠轉速Vi：進給速度V1=O. 6 V2=3代入得:弘=600（3）線杠的軸向載荷Fi=Pxi+ulFi:線杠軸向載荷Pxi：縱向切削力-13-Pxl：垂向切削力山己知可得：Pxi=O,Pxl=0 Wl=2000X代入得：F1=1OOXF2=100X(4)當量轉速；式(3

23、.6)_ 門f2而+ 而仏:當量轉速r/min山已知可得:tl=70,t2=30代入得:n =264r/inin* frni5)當量載荷F冷魯F；雅=式”代入得：F旳=100N(6) 預期額定動載荷CM爲；式施)F :當量載荷L：預期工作時間Fj載荷系數(shù)載荷系數(shù)表如表3. 3所示。載荷系數(shù)無沖擊運動普通運動有沖擊運動F.L0-L21. 2-1. 41.5-2表3. 3載荷系數(shù)表取尸為1.4代入得 C =84Nin(7) 計算最小螺紋底徑cl :最小螺紋底徑5 mL 為行程+ PitFo：靜摩擦力已知S 行程為 4000mm(8) 計算線杠預拉伸力/1953爲Fj預拉伸力f：溫差，在此取2. 5

24、十最小螺紋底徑代入數(shù)據(jù)得：尸;=11950N(9) 滾珠線杠副工作圖設計線桿螺紋長度厶,=厶戶2乙Lj有效行程，取4000mmLj余程，根據(jù)導程為3nim和下表可知=20余程與導程關系表見表3.4所示。2.53456L1012162024表3. 4余程與導程關系表所以-乙=4040inm根據(jù)相關規(guī)定線桿螺紋氐度不得小于厶 加上線桿螺母總成的一半2101110,故在此取絲桿螺母氐度乙=4250mm行程起點離固定支撐距離乙）取幺纟桿長度厶:為4500。（10）驗算臨界壓縮載荷因為線杠所受最大軸向載荷遠小于線杠預拉伸力Fr所以不用驗算。（11）驗算臨界轉速幾；臨界轉速絲杠底徑乙J臨界轉速計算長度f

25、:與支撐形式有關的系數(shù)，如表3. 0所示。J nk支撐方式fJ nk固定-固定27.4固定-支撐1&9支撐-支撐12. 1固定-自山4.3表3. 5支撐方式與載荷系數(shù)關系表在此f取18. 9J減厶I：兩固定支撐距離乙）：行程起點離固定支撐距離代入得J Air =960960訂600綜合以上驗算，此線杠符合各方面的要求。4檢測機系統(tǒng)設計4.1控制系統(tǒng)方案設計4.1.1系統(tǒng)的控制形式在兒十年前，控制系統(tǒng)一般采用接觸器控制系統(tǒng)，但是隨著科技力量的不斷進步 和發(fā)展，對挖制技術提出了更高的要求，這類控制系統(tǒng)已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求, 己逐漸被淘汰，取而代之的是DCS,現(xiàn)場總線控制，PLC等控制方式。本系

26、統(tǒng)設計就 是基于PLC控制技術。4.1.2 PLC的特點PLC是微機控制技術與繼電器控制技術相結合的產(chǎn)物，是在順序控制器的基礎上發(fā)展起來的，以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用工業(yè)計算機。它采用了專門設計 的硬件，而它的控制功能是通過存放在存儲器中的控制程序來確定的。因此PLC有以 下優(yōu)點：1、抗干擾能力強，可靠性高，環(huán)境適應性好。2、編程方法簡單易學。3、 應用靈活，通用性好。4、完善的監(jiān)視和診斷能力。山于PLC具有以上的功能和特點, 本系統(tǒng)釆用它。4.2管材直線度檢測機控制系統(tǒng)康理圖設計根據(jù)管材直線度檢測機的方案設計，設計了以下控制方案，如圖4.1所示。圖4. 1管材直線度度檢測機控制系統(tǒng)原

27、理圖本系統(tǒng)主要釆用PLC控制系統(tǒng)向步進電機驅動器發(fā)送相應的脈沖和方向信號，再 山步進電機驅動器控制不進電機的旋轉和停止，從而達到工作臺的移動與停止，即達 到了視覺傳感器組的運動要求。當PLC對步進電機驅動器的脈沖輸入結束并延時,PLC輸出對視覺傳感器的控制信號，視覺傳感器對當前點采集數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)處理后傳輸 至計算機。如此循環(huán)多次之后，計算機得到了管材多個截面的圓心數(shù)據(jù)，通過軟件對 數(shù)據(jù)的處理后，可得到管材的直線度誤差。4 3系統(tǒng)工作流程圖根據(jù)控制系統(tǒng)原理圖和測量方案，設計如下系統(tǒng)工作流程圖。如圖4. 2所示。ij呈結束對流程圖的簡單說明:(1) 位置確認：開始測量之前必須確認管材放置是否到位

28、，工作臺是否在起點位置，如果沒有，測需要手動回位，而后開始測量。(2) 模式選擇：本臺測量機有兩種測量方式，所以要根據(jù)實際悄況進行選擇。(3) 數(shù)據(jù)處理:山于本系統(tǒng)采用的是智能視覺傳感器，本身有釆集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，儲存數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給計算機的能力，所以本系統(tǒng)不再設計專門的數(shù)據(jù)釆集 系統(tǒng)。(4) 計算機通過對視覺傳感器傳回的數(shù)據(jù)進行處理和分析，從而得到管材直線度誤差。4.4.控制系統(tǒng)的硬件選型4. 41 PLC控制器的選取本測量機的控制系統(tǒng)要求PLC具有如下性能：計數(shù)功能，有輸入和輸出脈沖的功 能，并從可鼎性，經(jīng)濟性考慮。選擇艾默生公司生產(chǎn)的EC20-2012BRA系列的PLC作 為本檢測機

29、電氣控制系統(tǒng)的控制主機。PLC參數(shù)表如表4. 1所示。EC20-2012BRA系列具有如下優(yōu)點:(1)雙核處理，并行操作，運行速度大幅提升。(2)充裕的資源，滿足復雜、高級、多任務的程控要求。存儲卡支持程序和R元件讀寫，便于不同PLC間拷貝。非凡的高速處理能力。支持直線插補、圓弧插補，同步跟隨和電子齒輪運動控制。超強的擴展能力。型號電源電 壓V輸入/輸出點數(shù)輸入信號電壓輸入端/公共端輸出端/公共端脈沖輸入脈沖輸出EC20-2012BRA90-26420/1224V20/112/3有有強大的通訊組網(wǎng)能力。表4.1 PLC參數(shù)表-#-4. 4. 2步進電機驅動器選擇根據(jù)選擇驅動器的基本要求：盡量不

30、要選擇整步狀態(tài)，因為整步狀態(tài)振動大，選 擇小電流，大電感，低電壓的驅動器。綜合前面選擇的步進電機DM5676A等因素, 我選擇了樂創(chuàng)自動化技術有限公司DMD402A型步進驅動器ODMD402A不進驅動器, 具有高性能、低價格的特點，適合驅動兩相或四相混合式步進電機。山于釆用新型的 雙極性恒流斬波驅動技術，使用同樣的電機時可以比其他驅動方式輸出更大的功率。其細分功能使步進電機低頻振動減小，噪聲降低，同時有助于運轉精度提高。步進電機有如下特點:雙極恒流斬波方式，斬波頻率20KHZ。光電隔離信號輸入。(3)輸入信號TTL兼容。表4. 2硬件選型表-19-自動半流功能。電流設定方便，最大驅動電流2A/

31、相（峰值）。細分數(shù) DMD402/DMD402A 最高可 128/256。DMD402A具有雙脈沖輸入控制功能。4. 4.3視覺傳感器的選取因為在本檢測機的方案設計中，釆用的兩個視覺傳感器對管材的同一個截面進 行數(shù)據(jù)釆集，就勢必要求兩個視覺傳感器的CCD攝像機拍攝的是同一個截面，基于以 上考慮，首先考慮到激光視覺傳感器，只有激光照射的管材截面CCD才能成像，只要 保證兩個視覺傳感器的LD激光發(fā)射器的對中性，就能夠保證兩個視覺傳感器是釆集 的管材同一截面的數(shù)據(jù)，查閱多方資料，我選用了北京精準偉業(yè)測控技術有限公司的FTM-2D視覺傳感器。它的實物圖如圖4. 4所示。圖4. 4 FTM-2D實物圖視

32、覺傳感器的技術指標如下:(1)光學參數(shù)激光：紅色激光二極管 波 g： 650mm電氣參數(shù)工作電壓：24V(3)機械參數(shù)氏寬高：90X50X25mm(4)環(huán)境參數(shù)防護等級：IP65存儲溫度：-3(rc-8(rc4.4.4硬件選型表根據(jù)主要硬件的選型和其他配件的選用，建立硬件選型表4. 2所示。管材直線度檢測機硬件選型列表編號名稱廠家型號數(shù)量備注1步進電機樂創(chuàng)自動化技術有限公司DM5676A12步進驅動器樂創(chuàng)自動化技術有限公司DMD402A13PLC控制器艾默生網(wǎng)絡能源有限公司EC20-2012BRA14視覺傳感器北京精準偉業(yè)測控技術公 司FTM-2D25限位開關北京中科霖豐科技有限公 司24V7

33、H335-11Z26開關電源臺灣明緯公司NED-75B17急停開關浙江振歐電子元件公司LAS1-BY18繼電器深圳市元創(chuàng)興電子公司SAL22019報警器溫州聯(lián)其電子有限公司LZQ-303214. 5控制箱設計在本設計中，控制箱應山兩部分組成，即操作面板的設計和電氣控制柜的設計。并且在控制箱的設計中，應盡量滿足以下要求：整個系統(tǒng)集中，緊湊，在空間允許的 悄況下，把發(fā)熱元件，振動大的元件盡量遠離其他元件；緊急停止開關應放在顯眼和 便于操作的位置。根據(jù)以上要求，我做出了以下控制箱的設計。4. 5.1操作面板的設計操作面板即是控制箱的輸入按鈕，主要有啟動按鈕，自動開關，手動開關，急停圖4. 5 操作面

34、板圖對操作面板按鈕具體說明見表4. 3所示。編號作用對應PLC輸入設備備注1啟動SBO2自動控制SB23手動控制SB14急停開關SB75檢測開關SB56工作臺正方向運行SB37工作臺負方向運行SB48視覺傳感器開關SB69報警清除SB14表4. 3操作面板按鈕說明表4 5, 2電氣控制柜電氣控制柜是電氣控制的核心設備，主要是安裝其他控制元件，主要包括開關電源，步進驅動器，PLC可編程可控制器等。電氣控制柜具體設計布局圖如4. 6所示。1i1 1視體1仆4口口孔*irnSO圖4. 6 布局圖布局說明:(1) 控制柜尺寸為 400mmX300nimX150mmo(2)控制柜內(nèi)部布局如表4. 4所示

35、。編號名稱型號備注1PLC控制器EC20-2012BRA2繼電器KAISA12203步進驅動器DMD402A4開關電源NED-75B5 P LC控制系統(tǒng)設計5.1 PLC的I/O資源配置根據(jù)相關功能的要求，對PLC的I/O進行配置，具體表5.1所示。輸入地址輸入設備開關符號X0開機啟動SB0XI手動測量SB1X2自動測量SB2X3工作臺正方向運行開關SB3X4工作臺負方向運行開關SB4X5檢測開關SB5X6視覺傳感器工作開關SB6X7急停開關SB7X10限位開關1SB10XII限位開關2SB11X12行程開關1SB12X13行程開關2SB13X14報警清除SB14表5. 1 輸入地址分配表通過

36、分析得到輸出地址分配如表5. 2所示。輸出地址輸出設備Y0步進電機脈沖信號Y1步進電機方向信號Y2視覺傳感器工作信號Y3報警信號表5. 2輸出地址分配表5. 2 PLC電氣控制原理圖5. 2.1電氣控制介紹(1) 視覺傳感器電氣控制，控制視覺傳感器時，PLC輸入得到信號后，Y2輸出相-23-應信號，使KA2線圈得電，視覺傳感器控制電路接通，繼電器KM1得電工作，開關KM1閉合，視覺傳感器A和B相應工作。(2) 工作臺的控制：當需要工作臺做相應工作時，PLC控制器相應輸入得到信號,Y0和Y1輸出相應的脈沖和方向信號到步進驅動器，步進驅動器再控制步進電機的旋轉，步進電機通過聯(lián)軸器連接主軸，從而控制

37、主軸的旋轉。根據(jù)控制的要求，設訃管材直線度的電氣控制原理圖如圖5.1、5.2. 5. 3所示。圖5.1電氣控制原理圖I-27-答;聘洪:;錚=tfr:嶼婕帖:槌蕊二尷i姻料pHU VIml H TTShH11H18罰耳i世商機薦三臓hg11IdlhH5. 2. 2主回路設計部分(1)管材直線度檢測機主回路接入電源為220 VAC電源上，同時在主回路上需要接入一個空氣開關QS和熔斷器Fu,來控制和保護整個電路的通斷。(2) 山于控制回路需要接入24V輸出的開關電源，所以我們需要在在主回路上接入一個開關電源，其輸入電源為220V.輸出為+24V和0V兩線。同時需要在開關電源 接入線上安裝一個開關Q

38、S1以控制開關電源通斷，且開關電源的外殼必需接地。(3) 在主回路上我們需要接入視覺傳感器A和B的工作電源，通過接觸器KM來控制A和B的通斷，而兩個視覺傳感器通過l；SB接口與訃算機相連，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息 的上傳。5. 2,3控制回路PLC設計部分1) PLC基本接線為，輸入觸點1和分別接入電源L1和X, PG觸點接地，24+觸點和S/S觸點連接，輸入觸點X0XII并聯(lián)與COM觸點連接，輸出觸點Y0Y3并 聯(lián)與開關電源輸出+24V觸點連接。(2)根據(jù)PLC數(shù)字輸入地址表分配可知，我們本次輸入觸點需要接入X0-X14共 13個觸點。其中，X0-X14對應輸入開關SB0-SB14。(3) 根據(jù)PLC

39、數(shù)字輸出地址表分配可知，我們本次輸出觸點需要接入Y0-Y3共4個觸點。同時為了滿足功能需要，Y0和Y1分別為步進電機的脈沖信號和方向信號,Y2為視覺傳感器的控制信號。Y3為報警信號。5. 2. 4驅動器、電機控制部分步進驅動器的接線則是山驅動器是DC+、DC-觸點分別接開關電源的+24V和0V觸 點。Pl：L+和DIR+分別接PLC的Y0和Y1輸出觸點。PUL-和DIR-則接開關電源的+24V 觸點。步進電機的電源直接從步進驅動器輸入，即步進驅動器的A+、A-、B+、B-觸 點分別接步進電機的相應接點。-37-6軟件系統(tǒng)設計本管材直線度檢測機的控制軟件部分主要山PLC作為編程軟件。首先按照控制

40、功 能要求，編制出程序流程圖，再按照程序流程圖編制梯形圖。6.1程序流程圖設計根據(jù)本檢測機設訃的要求，控制部分分為手動和自動兩種模式。6.1.1手動模式在手動模式下，可以對每個設備進行單獨的控制，可以對對管材直線度度進行手 動檢測，程序流程圖如圖6.1所示。圖6.1手動模式程序流程圖6.1.2自動模式處于自動模式時，系統(tǒng)開始工作，自動對管材檢測。程序流程圖如圖6.2所示。自動模式程序流程圖圖6.2程序流程圖說明：兩個視覺傳感器組成的測量系統(tǒng)，稱之為傳感器組。系統(tǒng)開始工作前傳感器組應位于原點，原點及左極限位置都安裝有ST1和ST2兩個行程開關。傳感器組的左右移動都是靠步進電機的正傳與反轉來實現(xiàn)。

41、電機正傳，傳感器組左移，當脈沖結束，電機停工作并延時，視覺傳感器攝像并傳輸數(shù)據(jù)給計算機。如此循環(huán)15次后。電機停止正傳，電機反轉回到原點。6.2、PLC程序編寫使用Control Star 2. 36 PLC編程軟件編出的梯形程序圖如6. 3所示。SMOV4S用80 ?監(jiān)控運行時鐮出停SM82M0穌沖輸出曲X0X7V4Ml自動手動X5MlXIIX13N20喂位開關行程開關N20M20M7HllX13TOIML4桜行程開關延時2SH7CO35X5 DM0V DMOV8C00H7V4X7UINSM8M0MSM10V4Mg倉停X7U1急停術環(huán)15次D20DUl TOH TO20延時益TOMIO( 延

42、時2SMIOX13 DMOV40S20廳程開關12000911X134x4H7X10UIX12UIXTUIMH行程開關眼位開關行程開關急停MilX5M12 )險測開關X14M12M13 )險警器開關PISY 1)20D110M4哥作口反方Y1C1步逬耄機方MilMSH13Y3I IC )躍報粵倍號Y2C1視覺傳感器信號710-41-圖6.3 PLC梯形程序圖6.3、系統(tǒng)調試6. 3.1硬件系統(tǒng)調試將系統(tǒng)的各部分硬件連線接好。檢査各部分供電是否正常，檢査設備的電氣控制 是否正常，能否正常開機，各種控制開關能否正常工作。各種設備檢査無誤后，開始 具體的調試。硬件部分的調試過程：(1)供電線路的檢査

43、，主要用萬用表檢測供電線路是否正常。(2)電機直接接在供電電源上，檢測電機能否正常工作。電機在驅動器的控制下能否正常工作。PLC單獨測試，指示燈是否正常。經(jīng)過測試，結果表明上述功能一切正常，然后進行總體調試。6. 3. 2軟件系統(tǒng)的調試（1）輸入程序。（2）模擬調試。3）運行調試。理論上P1C得電輸入輸出端對應如表6. 1所示。操作輸入輸出說明指示燈備注開關SB0閉合X0測量開始開關SB14閉合X14報警Y3手動 控 制開關SB1閉合X0 XI手動控制開關SB3閉合X0 XI X3工作臺正方向運行Y0開關SB4閉合X0 XI X4工作臺負方向運行Y0 Y1開關SB6閉合X0 XI X5視覺傳感器丄作Y2自 動 控 制開關SB2閉合X0 X2自動控制開關SB5閉合X0 X2 X5自動檢測開始